Трубчатый пневмоаэратор

(51)02 3/20 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(72) Авторы Савицкий Николай Егорович Лисицин Виктор Леонидович Кравцов Александр Геннадьевич(57) Трубчатый пневмоаэратор, содержащий корпус, выполненный методом пневмоэкструзии из волокон термопластичного полимерного материала, сплавленных между собой в местах контакта, отличающийся тем, что корпус выполнен цилиндрическим с заглушкой из того же материала, при этом плотность волокнистого материала составляет 0,4-0,5 г/см 3,пористость 40-60 , средний размер пор 65-100 мкм, а пневмоаэратор содержит устройство с резьбой для монтажа с воздухоподающим раструбом, имеющее форму, позволяющую фокусировать воздушный поток, направляя его вдоль оси корпуса, и выполненное из полимерного материала методом литья под давлением. 7738 1 2006.02.28 Изобретение относится к технике аэрации жидкостей, в частности, совершенствованию аэрации сточных вод на предприятиях биологической очистки, и может быть использовано при очистке сточных вод, содержащих органические загрязнения. Известен аэратор, содержащий полый вал, нижний конец которого соединен с ротором, а верхний - с валом привода, продольные отверстия в верхней части полого вала для подачи воздуха, наружный кожух с воздухозаборным каналом, причем набегающие стенки отверстий выполнены в виде лопаток центростремительного вентилятора, а верхний торец полого вала заглушен 1. Известное также устройство для аэрации текучих вод 2 выполнено таким образом,что в своем движении поток воды наталкивается на аэраторы, на обратной стороне дисков которых создается пониженное давление или разрежение (суперкаверна), что позволяет засасывать воздух через воздухозаборник основного воздуховода. Через блок ионизации,где воздух ионизируется, он поступает в дополнительные воздуховоды, на которых закреплены аэраторы, проходит по трубке, через центральное отверстие диска и сетчатый распылитель. Ионизированный воздух поступает в воду в виде мелких пузырьков, обезвреживает и аэрирует ее. В трубчатом аэраторе 3, содержащем трубу с радиальными отверстиями и диспергирующее покрытие, внутренний диаметр диспергирующего покрытия составляет 1,3-1,5 наружного диаметра трубы с радиальными отверстиями. Кроме того, аэратор дополнительно содержит кольцевые вставки между трубой с радиальными отверстиями и диспергирующим покрытием. Изделие характеризуется повышением надежности работы при обеспечении высокой диспергирующей способности. Трубчатый аэратор 4 состоит из корпуса в виде армированной эластичной перфорированной трубы (перфорация выполнена в виде радиальных или сегментных продольных или поперечных отверстий). Между внутренним и внешним слоями корпуса расположен армирующий слой (арматура выполнена в виде мелкоячеистой сетки), во внутреннем и внешнем слоях корпуса на глубину каждого вдоль корпуса выполнены разрезы. Отверстия выполнены сквозными, не пересекают разрезов во внешнем слое корпуса и с внешней стороны корпуса герметично закрыты заглушками. Плоскости разрезов в слоях не совпадают. Между отверстиями соседних последовательных участков корпуса выполнены круговые или дуговые канавки. Трубчатый аэратор 5 выполнен в четырех вариантах 1) с трубой с радиальными отверстиями и диспергирующее покрытие, 2) дополнительно содержащий кольцевые вставки между трубой с радиальными отверстиями и диспергирующим покрытием, 3) с варьируемым расстоянием между кольцевыми вставками, 4) с варьируемой суммарной площадью радиальных отверстий в трубе. Известны также следующие исполнения трубчатого аэратора 6 1) с корпусом, выполненным в виде эластичной перфорированной трубы (перфорация реализована в форме радиальных или сегментных продольных или поперечных отверстий) и армированным отдельным слоем мелкоячеистой сетки, 2) в котором отверстия не пересекают разрезов во внешнем слое корпуса и с внешней стороны герметично закрываются, 3) в котором плоскости разрезов во внешнем слое относительно плоскостей разрезов во внутреннем слое не совпадают, 4) в котором между отверстиями, расположенными в соседних последовательных участках корпуса, выполнены круговые или незамкнутые дугообразные канавки, глубина которых равна толщине внешнего слоя корпуса. Трубчатый аэратор 7 содержит воздухопроницаемый каркас, выполненный из двух коаксиально расположенных слоев сетчатого материала, и диспергирующий слой, расположенный между этими слоями. Его разновидность - выполнение сетчатого материала из стекловолокнистого шнура, пропитанного быстротвердеющей смолой, с толщиной наружного слоя сетчатого материала не менее 1 мм, с толщиной внутреннего слоя сетчатого материала не менее 5 мм. 2 7738 1 2006.02.28 Аэратор (8) с повышенной эжектирующей способностью при сохранении флотационной крупности пузырьков воздуха за счет оптимизации параметров узлов аэратора включает корпус, расположенные соосно и с зазором друг к другу патрубок для подачи жидкости,размещенный в корпусе, и выпускную насадку, сообщенную с корпусом, патрубок для ввода воздуха. Во всех перечисленных изобретениях основной результат - эффективная мелкопузырчатая аэрация при достаточной жесткости и оптимальной геометрии воздушного потока достигается главным образом за счет комплексных конструкционных решений, многие из которых сопряжены с трудностью технического исполнения и высокой материалоемкостью изделия. Анализ имеющейся информации о номенклатуре применяемых материалов не позволяет утверждать об экономичности перечисленных устройств для аэрации. Кроме того, использование ряда дополнительных приспособлений (защитные и арматурные сетки, система перфорации, блоки ионизации воздуха и т.п.) в большинстве известных случаев усложняет монтаж устройств. Наиболее приемлемым материалом для подобных устройств являются полимеры, что вызвано удобством их обработки, несложностью придания необходимой формы, химической инертностью и небольшой стоимостью. Известны аэрирующие элементы, выполненные в виде цилиндрических труб, образованных спеканием порошкообразного полиэтилена 9. Их основной недостаток - низкая жесткость на изгиб, что приводит к трудностям при монтаже. Кроме того, отрицательную роль играет эффект краевой коалесценции пузырьков (сливания их в более крупные), что снижает растворение кислорода в воде и, тем самым, степень его использования по назначению. С развитием способов обработки полимеров получили распространение волокнистопористые материалы на основе термопластов. Такие материалы обладают специфической структурой, в которой пучки волокон образуют поры различных размеров. Так, известен аэрирующий элемент в виде трубы с войлочной укладкой волокон термопластичного материала, причем края трубы пропитаны отверждающимся полимером 10. Такие элементы также имеют низкую жесткость на изгиб, что вынуждает усложнять конструкцию очистных сооружений, и демонстрируют значительную степень коалесценции пузырьков. Известен целый ряд отечественных вариантов метода -, адаптированных для получения материалов с разнообразными свойствами 11-15. Технологические возможности процесса - таковы, что позволяют в широких пределах варьировать толщину волокон, параметры пористой системы и жесткость конструкции в целом. Таким образом, могут быть получены формоустойчивые - материалы практически любой геометрической формы. Известен пневматический аэратор для мелкопузырчатого распределения диспергируемой среды по всей длине устройства 16, который содержит каркас в виде перфорированной трубы с коническими отверстиями, расположенными рядами со смещением их в соседних рядах, равным половине шага между отверстиями. Промежуточный слой между каркасом и гильзой выполнен в виде объемного полимерного жгута, навитого в двух направлениях на каркас с перехлестом, сверху трубу с навивкой охватывает высокопористая гильза, полученная путем пневмоэкструзии и представляющая собой волокнистый материал с пористостью 500-600 мкм. Высокопористая гильза служит подложкой для диспергирующего слоя, который в свою очередь нанесен на поверхность гильзы также путем пневмоэкструзии и имеет пористость 30-80 мкм. С целью возможности удлинения устройства для обеспечения равномерности аэрации по всему объему резервуара корпус устройства снабжен с обеих сторон муфтами, имеющими сопрягаемые резьбы, одна наружную, другая - внутреннюю. Более близким к заявленному изобретению является пневматический аэратор 17,который содержит каркас в виде перфорированной трубы, находящейся внутри сетки,причем полимерная труба выполнена в виде специального профиля, представляющего собой чередование впадин и гребешков, симметрично расположенных относительно оси трубы. 3 7738 1 2006.02.28 Разновидностью этого технического решения является пневматический аэратор 18,который содержит каркас в виде перфорированной полимерной трубы, и высокопористую съемную защитную гильзу, полученную путем пневмоэкструзии и обладающую пористостью 500-600 мкм. Защитная гильза установлена внутри каркаса на специальных выступах резьбовых муфт, которыми снабжен корпус устройства с обеих сторон для обеспечения возможного секционного удлинения устройства. Полимерная труба выполнена с коническими отверстиями, расположенными рядами со смещением их в соседних рядах, равным половине шага между отверстиями. На каркас в двух направлениях навит объемный полимерный жгут, создающий промежуточный слой, поверх которого расположена пористая гильза, полученная путем пневмоэкструзии и служащая подложкой для диспергирующего слоя с пористостью 50-80 мкм. Основные недостатки аналогов - применение промежуточных элементов и, в целом,сложность конструкционного исполнения (вызванная объективной необходимостью добиться жесткости аэратора и его устойчивости в смонтированном виде), а также применение диспергирующего слоя с переменной по толщине пористостью, что призвано обеспечить диспергирование крупных пузырьков на более мелкие, но значительно усложняет получение такого материала. Прототипом заявляемого изобретения является аэрирующий элемент (19), содержащий трубу из волокнисто-пористого полимерного материала, выполненную с упорядоченной стереоскопической структурой из волокон, сплавленных в местах контакта, и имеющую трехгранный в поперечном сечении профиль, причем грани выполнены в виде дуг окружности. Данное техническое решение продиктовано желанием приблизить геометрию аэрирующего воздуха к некоторым расчетным параметрам. Реализация изобретения позволяет упростить конструкцию, достичь требуемой жесткости путем криволинейной укладки волокон, исключить коалесценцию пузырьков воздуха по краям профиля трубы за счет конфигурации профиля и уменьшения пористости выступов по сравнению с гранями. Кроме того, предусматривается трехкратная смена аэрирующих поверхностей, что увеличивает срок службы изделия. Указывается также, что получение трехгранного профиля позволяет сократить расход сырья. Недостатки прототипа 1) трудность получения пневмоэкструзионным способом трехгранной трубы с однородной по всем направлениям структурой, что в значительной степени снижает вероятность достижения расчетных параметров по геометрии воздушного потока 2) не учтены те обстоятельства, что в данном случае равномерность движения воздуха внутри аэратора будет нарушаться из-за профиля, что неизбежно приведет к завихрениям,затруднит проникание воздуха через волокнисто-пористую систему и скажется на однородности пузырьков. Задача заявляемого изобретения - создать формоустойчивый пнемоаэратор упрощенной конструкции, обеспечивающий эффективную мелкопузырчатую аэрацию по всем направлениям. Указанный технический результат достигается тем, что трубчатый пневмоаэратор содержит корпус, выполненный методом пневмоэкструзии из волокон термопластичного полимерного материала, сплавленных между собой в местах контакта, при этом корпус выполнен цилиндрическим с заглушкой из того же материала, а плотность волокнистого материала составляет 0,4-0,5 г/см 3, пористость 40-60 , средний размер пор 65-100 мкм,пнемоаэратор содержит устройство с резьбой для монтажа с воздухоподающим раструбом, имеющее форму, позволяющую фокусировать воздушный поток, направляя его вдоль оси корпуса, и выполненное из полимерного материала методом литья под давлением. Сущность изобретения состоит в том, что высокоэффективная мелкопузырчатая аэрация достигается за счет оптимальной геометрии воздушного потока в совокупности со свойствами волокнисто-пористого материала. Предлагаемое техническое решение позволяет предотвратить рассеивание воздуха, обеспечить равномерное заполнение им внутренней полости аэратора и в полной мере использовать по назначению всю рабочую поверхность 4 7738 1 2006.02.28 аэратора, включая пластину-заглушку. По совокупности своих характеристик аэратор также может применяться в качестве фильтрующего элемента для очистки воды от механических примесей. Предлагаемый трубчатый аэратор иллюстрируется эскизами, представленными на фиг. 1-3. На фиг. 1 показан пневмоаэратор с заглушкой (общий вид) на фиг. 2 - устройство с воздухоподающим раструбом, вид спереди на фиг. 3 - устройство с воздухоподающим раструбом, вид в разрезе. Трубчатый аэратор содержит корпус 1, выполненный из волокнисто-пористого материала методом пневмоэкструзии, представляющий собой полый цилиндр заглушку 2, выполненную из того же материала, представляющую собой круг с диаметром, равным диаметру цилиндра устройство с воздухоподающим раструбом, выполненное из полимерного материала методом литья под давлением. Заглушка 2 приваривается к торцу полого цилиндра, а рассекатель воздуха 3 ввинчивается в противоположный торец полого цилиндра. Пример конкретного выполнения изобретения. Гранулированный полиэтилен высокого давления марки 10803-020 (ГОСТ 16337-85) подвергали пневмоэкструзионной обработке в одношнековом экструдере с четырехступенчатой системой нагрева. Газо-полимерный поток направляли на формообразующую оправку, представляющую собой металлический цилиндр длиной 619 мм и диаметром 39 мм или 300 мм и совершающую равномерное возвратно-поступательное движение в направлении, перпендикулярном оси экструдера, и одновременно равномерное вращательное движение - в направлении по часовой стрелке. На оправке диаметром 39 мм получали имеющую кольцевой в сечении профиль полую трубу из волокнисто-пористого материала с толщиной стенки 11 мм, на оправке диаметром 300 мм - полотна из того же материала толщиной 11 мм, из которых вырезали круги диаметром 61 мм. Далее круглые элементы прикрепляли к одному из концов трубы методом сварки полимеров. В результате получали изделие, в разрезе представленное на фиг. 1. При продувке воздуха через аэратор в диапазоне расхода воздуха 2,5-7,0 м 3/час коалесценция пузырьков не наблюдается. Аэратор обладает высокой жесткостью и оптимальными параметрами пористой структуры, что обеспечивает отсутствие коалесценции. Следовательно, полученное изделие трубчатый пневмоаэратор - по своему комплексу характеристик может быть использовано для эффективной мелкопузырчатой аэрации на различной глубине, в том числе в системах биологической очистки сточных вод, содержащих органические загрязнения, а также в качестве фильтрующего элемента для очистки воды от механических примесей. Использованные источники 1. Патент РФ 2043977, МПК 602 3/16, 1995. 2. Патент РФ 2058271, МПК 602 7/00, 1996. 3. Патент РФ 2112753, МПК 602 3/20, 1998. 4. Патент РФ 2124481, МПК 602 7/00,01 3/04, 1999. 5. Заявка РФ 9810155, МПК 602 3/20, 1999. 6. Заявка РФ 97119100, МПК 602 7/00,21 3/04, 1999. 7. Заявка РФ 99109387, МПК 702 3/20, 2001. 8. Патент РФ 2187381, МПК 702 7/00,02 3/18, 2002. 9. Попкович Г.С, Репин Б.Н. Системы аэрации сточных вод. - М. Стройиздат, 1986. С. 136. 5 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.